Investigación | Fernando Sapiña Navarro |
Departamento de Química Inorgánica | |
1995- | Instituto de Ciencia de Materiales |
Síntesis de nuevos materiales inorgánicos avanzados: materiales magnetoresistivos y no oxídicos
Nuestra investigación está centrada en la síntesis de nuevos materiales inorgánicos avanzados, y en su caracterízación estructural, microestructural, química, eléctrica y magnética. Para la preparación de estos materiales utilizamos nuevos métodos de síntesis basados en el uso de precursores. Las técnicas experimentales que se utilizan para la caracterización de los compuestos son la difracción de rayos X sobre muestras policristalinas, la microscopía electrónica de barrido, medidas de superficie específica y medidas eléctricas y magnéticas.
1.- Manganitas de valencia mixta con estructura tipo perovsquita. El interés para aplicaciones tecnológicas de las perovsquitas de iones lantánidos y manganeso dopadas con iones alcalinotérreos ha adquirido un nuevo impluso en los últimos años con el descubrimiento de la magnetoresistencia colosal en estos materiales. El uso de un método de síntesis basado en precursores nos ha permitido la obtención como fase única a bajas temperaturas de las perovsquitas de lantano y manganeso dopadas con los iones alcalinos sodio y potasio, y controlar la estequiometría de los productos obtenidos. Hemos podido así determinar por primera vez la posición de algunos puntos relevantes en el diagrama de fases electrónico de perovsquitas dopadas con iones alcalinos, y hemos mostrado como las propiedades electrónicas de estos sistemas de valencia
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mixta están controladas por la concentración de vacantes en posiciones B de la estructura perovsquita, que puede ser controlada químicamente por la substitución del ión lantano por los iones alcalinos.1, 4, 10, 11
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2.- Nitruros y oxinitruros de metales de transición. El interés en los carburos y nitruros de metales de transición está creciendo continuamente, a medida que van encontrándose nuevas aplicaciones para estos materiales. En este contexto, hemos estudiado la química de los nitruros ternarios intersticiales de molibdeno y hierro, cobalto y niquel, compuestos que son interesantes dada su potencial actividad catalítica en procesos relevantes desde el punto de vista industrial, como la denitrogenación y la desulfuración (HDN, HDS). Además de establecer las condiciones óptimas de preparación de muestras puras de los compuestos M3Mo3N (M=Fe, Co), hemos refinado sus estructuras a partir de datos de difracción en polvo. El compuesto análogo de niquel muestra una estequimetría distinta, Ni2Mo3N, y hemos determinado ab initio su estructura a partir de datos de difracción de polvo.7
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Una de las limitaciones del método de síntesis de estos materiales basado en la amonolisis de óxidos precursores es la imposibilidad de obtener fases puras, excepto en los casos en los que la estequiometría en metales del óxido precursor y del nitruro/oxinitruro final son iguales. Por eso, hemos desarrollado procedimientos de síntesis alternativos que nos han permitido explorar composiciones metálicas diferentes en estos sistemas complejos.9 En estos momentos, estamos utilizando esta estrategia de síntesis, basada en la amonolisis de precursores obtenidos por liofilización de disoluciones de los metales, para obtener nuevos compuestos en el sistema V-M-O-N (M=Cr, Mo).12
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Estas actividades están financiadas por la Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología mediante el proyecto de investigación MAT96-1037 "Materiales superconductores y magnetoresistivos basados en óxidos, oxinitruros y nitruros complejos de metales de transición", del que soy responsable. Este es un proyecto de investigación coordinado, en el que participan nuestro Instituto y el Grupo de Química del Sólido del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona. En el marco concreto de esta colaboración, hemos participado en la caracterización estructural de nuevas perovsquitas en el sistema Bi-Ca-Sr-O.2, 5 La caracterización de las propiedades electrónicas de manganitas de valencia mixta se ha desarrollado en colaboración con Alfredo Segura (Grupo de Semiconductores, Departamento de Física Aplicada e Instituto de Ciencia de Materiales, Universidad de Valencia),1 Ricardo J. Ortega, Jose Vergara, Vicente Madurga (Departamento de Física, Universidad Pública de Navarra),4 y K. V. Rao (Departament of Condensed Matter Physics, The Royal Institute of Technology, Suecia).4, 10 Asimismo, en el marco del proyecto, hemos colaborado con R. J. Ortega y K. V. Rao en la caracterización a bajas temperaturas del compuesto Li2CuO2.6 Por otro lado, nuestro interés también está centrado en la síntesis de catalizadores activos en procesos de oxidación, dentro del proyecto de investigación MAT96-0688, del que es responsable Eduardo Martinez Tamayo, y en el que participa la empresa REPSOL como EPO.3,8
Todos estos temas de investigación ofrecen una excelente oportunidad para adquirir experiencia tanto en métodos de síntesis de materiales avanzados, como en técnicas de caracterización estructural y microestructural (difracción de rayos X sobre polvo, microscopía electrónica de barrido), superficial (área específica, reactividad superficial) y en la investigación de propiedades eléctricas (medidas de resistencia) y magnéticas (medidas de susceptibilidad ac e imanación en un SQUID).
Publicaciones seleccionadas |
1.- "Low Temperature Synthesis, Structure and Magnetorresistance of Submicrometer La1-xKxMnO3+d Phases" |
Y. Ng-Lee, F. Sapiña, E. Martinez-Tamayo, J.V. Folgado, R. Ibañez, F. Lloret, A. Segura |
J. Mater. Chem. 7, 1905 (1997) |
2.- "New Perovskite-Related Phases in the Bi-Pb-Sr-Ca-O System" |
C. C. Luhrs, M. Morales, F. Sapiña, D. Beltrán, A. Fuertes |
Solid State Ionics 101-103, 1107 (1997) |
3.- "Catalytic Combustion of Ethane over High Surface Area Ln1-xKxMnO3 (Ln=La, Nd) Perovskites: The Effect of Potassium Substitution" |
Y. Ng Lee, F. Sapiña, E. Martinez, J. V. Folgado, V. Cortés |
Studies in Surf. Sci. and Catal. 110, 747 (1997) |
4.- "Electronic properties of mixed valence manganates: the role of the cationic vacancies" |
T. Boix, Z. El Fadli, F. Sapiña, E. Martinez, A. Beltrán, J. Vergara, R. J. Ortega, K. V. Rao |
Chem. Mater. 10, 1569 (1998) |
5.- "Crystal chemistry and redox behavior of perovskite-related bismuth strontium calcium oxides" |
C. C. Luhrs, F. Sapiña, D. Beltrán-Porter, A. Fuertes |
J. Mater. Chem. 8, 209 (1998) |
6.- "A field induced ferromagnetic-like transition below 2.8 K in Li2CuO2: an experimental and theoretival study" |
R. J. Ortega, P. J. Jensen, K. V. Rao, F. Sapiña, D. Beltrán, Z. Iqbal, J. C. Cooley, J. L. Smith |
J. Appl. Phys. 83, 6542 (1998) |
7.- "Chemistry of ternary interstitial molybdenum nitrides MnMo3N (M=Fe and Co, n=3; M=Ni, n=2)" |
S. Alconchel, F. Sapiña, D. Beltrán, A. Beltrán |
J. Mater. Chem. 8, 1901 (1998) |
8.- "Synthesis and surface characterization of nanometric La1-xKxMnO3+d particles" |
Y. Ng Lee, Z. El-Fadli, F. Sapiña, E. Martinez-Tamayo, V. Cortés-Corberán |
Catal. Today 52, 45 (1999) |
9.- "A new approach to the synthesis of molybdenum bimetallic nitrides and oxynitrides" |
S. Alconchel, F. Sapiña, D. Beltrán, A. Beltrán |
J. Mater. Chem., 9, 749 (1999) |
10.- "Effect of disorder produced by cationic vacancies at the B sites on the electronic properties of mixed valence manganates" |
J. Vergara, R. J. Ortega-Hertogs, V. Madurga, F. Sapiña, Z. El-Fadli, E. Martinez, A. Beltrán, K. V. Rao |
Phys. Rev. B, 60, 1127 (1999) |
11.- "Low temperature synthesis, structure and mangetic properties of La0.85(Na1-xKx)0.15MnO3 perovskites: the role of A cationic size disparity in the electronic properties of mixed valence manganates" |
Z. El-Fadli, E. Coret, F. Sapiña, E. Martinez, A. Beltrán, D. Beltrán, F. Lloret |
J. Mater. Chem., 9, 1793 (1999) |
12.- "Freeze-dried precursor-based synthesis of new vanadium-molybdenum oxynitrides" |
A. El-Himri, M. Cairols, S. Alconchel, F. Sapiña, R. Ibañez, D. Beltrán, A. Beltrán |
J. Mater. Chem., 9, 3167 (1999) |
13.- "Structural effects of Co and Cr substitutions in LaMnO3+d" |
Z. El-Fadli, M. R. Metni, F. Sapiña, E. Martinez, J. V. Folgado, D. Beltrán, A. Beltrán. |
J. Mater. Chem., 10, 437 (2000) |
14.- "Synthesis of new vanadium-chromium and chromium-molybdenum oxynitrides by direct ammonolysis of freeze-dried precursors" |
A. El-Himri, F. Sapiña, R. Ibañez, A. Beltrán |
J. Mater. Chem., 10, 2537 (2000) |